Энергосбережение на транспорте, в строительстве и сельском хозяйстве Электрификация транспорта и повышение экономичности перевозок

Транспорт– совокупность средств, предназначенных для перемещения людей, грузов и др. из одного места в другое. Железнодорожный транспорт (железная дорога) – наземный вид рельсового транспорта. Возникнув в начале XIX века (первый паровоз был построен в 1804 году), к середине того же века он стал самым важным транспортом промышленных стран того времени. Железные дороги связали внутренние промышленные районы с морскими портами. Вдоль железных дорог вырастали новые промышленные города. Однако после Второй мировой войны железные дороги начали терять свое значение. На грузовых перевозках она не выдерживала конкуренции автомобильного транспорта, на пассажирских – самолетов (на больших расстояниях) и личного автомобиля (на коротких расстояниях). Железные дороги имеют много преимуществ – высокую грузоподъемность, надежность, сравнительно высокую скорость. Сейчас по железным дорогам перевозят самые разные грузы, но в основном – массовые, такие как сырье, сельхозпродукция. Введение контейнеров, облегчающих перегрузку, также повысило конкурентоспособность железных дорог. На сегодняшний день самой длинной протяженностью железных дорог обладают США, а самой густой сетью (км железной дороги на квадратный км территории) обладает Германия.

Сначала в Японии, а теперь и в Европе была создана система скоростных железных дорог, допускающих движение со скоростями до трехсот километров в час. Такие железные дороги стали серьезным конкурентом авиалиний на небольших расстояниях. По-прежнему высока роль пригородных железных дорог и метрополитенов. Электрифицированные железные дороги (а к настоящему времени большинство железных дорог с интенсивным движением электрифицировано) намного экологичнее автомобильного транспорта. Наиболее электрифицированы железные дороги в Швейцарии (до 95%), в России же этот показатель доходит до 47%.

Специализированная легкая железная дорога, применяемая в качестве городского пассажирского транспорта, называется трамваем. Две главные составляющие железнодорожного транспорта– это материальная (железнодорожный путь и искусственные сооружения, тяговый и нетяговый подвижной состав, контактная сеть и т. д.) и эксплуатационная (диспетчерское руководство (на уровнях от дежурного по станции до старшего дорожного диспетчера), разработка оптимальных приемов управления перевозочным процессом). Железнодорожная электрификация – комплекс мероприятий выполняемых на участке железной дороги для возможности использовать на нем электроподвижной состав: электровозы, электросекции или электропоезда. Для тяги поездов на электрифицированных участках железных дорог используются электровозы. В качестве пригородного транспорта используются электропоезда.

Метрополитен– рельсовый вид общественного транспорта, трассы которого проложены отдельно от улиц, зачастую под землей. Движение поездов в метро регулярное, согласно графику движения. Отличается высокой участковой скоростью (45 км/ч и выше) и провозной способностью (до 60 тыс. пассажиров в час в одном направлении и выше). Линии метрополитена прокладывают под землей (в тоннелях), по поверхности и на эстакадах. Первая линия метрополитена (3,6 км) была построена в Лондоне. Запущена 10 января 1863 года. Строительство осуществляла компания «Metropolitan Railways» (англ. «Столичные железные дороги»). От этого названия произошло собственно слово «метрополитен», употребляемое сейчас во многих странах. Изначально первая линия в Лондоне эксплуатировалась на паровой тяге, которая с 1890 года заменялась на электрическую. Второй метрополитен был открыт в Нью-Йорке в 1868 как надземный, однако первые надземные участки не сохранились и впоследствии были заменены подземными (первая подземная линия открыта в 1904). 6 июня 1892 – открыта первая надземная линия метрополитена Чикаго на паровой тяге. На европейском континенте старейшими являются метрополитены Будапешта (1896), Вены (1898), Парижа (1900), Берлина (1902), а также Гамбурга (1912). В Великобритании следующим после лондонского стал метрополитен в Глазго (1896). В России первая линия метрополитена была торжественно открыта в Москве 15 мая 1935 года. На территории СССР метрополитены были открыты также в Санкт-Петербурге (1955), Киеве (1960), Тбилиси (1966), Баку (1967), Харькове (1975), Ташкенте (1977), Ереване (1981), Минске (1984), Нижнем Новгороде (1985), Новосибирске (1986), Самаре (1987) и Екатеринбурге (1991). После распада СССР метрополитены были открыты и в других городах, например, в Днепропетровске (1995, Украина), в Казани (2005, Россия).

Определяющие признаки метрополитена:

– используется в урбанизированной местности;

– работает на электрической тяге;

– полностью отделен от любого другого движения, будь то железнодорожное;

– работает часто (с рабочим интервалом в дневное время не более 10 минут).

В разных странах исполнение и параметры метрополитенов могут варьироваться (например, бывают почти полностью наземные системы), но отличительными чертами метрополитена являются использование электрической тяги, высокая интенсивность и скорость движения поездов, большой пассажиропоток [3].

Трамвай– вид уличного рельсового общественного транспорта, обычно на электрической тяге, используемый преимущественно в городах для перевозки пассажиров по заданным маршрутам. Трамваи возникли в первой половине XIX века, электрические – в конце XIX века. Кроме электрических, существуют конные (конки), кабельные или канатные и дизельные трамваи. В прошлом существовали пневматические, паровые и бензомоторные трамваи, а также трамваи на тяге от мулов и зебр. Бывают также пригородные, междугородные, санитарные и грузовые трамваи. В ранний период развития трамваев электрические сети не имели еще достаточного развития, поэтому почти каждое новое трамвайное хозяйство включало в себя собственную центральную электростанцию. Сейчас трамвайные хозяйства получают электроэнергию от электрических сетей общего назначения. Так как трамвай питается постоянным током сравнительно невысокого напряжения, передавать его на большие расстояния слишком затратно. Поэтому вдоль линий размещаются тягово-понижающие подстанции, которые получают из сетей переменный ток высокого напряжения и преобразуют его выпрямителем в постоянный ток, пригодный к подаче в контактную сеть. В городах, где трамвай сосуществует с троллейбусом, эти виды транспорта, как правило, имеют общее энергохозяйство.

Преимущества трамвая:

1) Первоначальные затраты (при создании трамвайной системы) ниже, чем затраты, необходимые для строительства метро, так как нет необходимости в полном обособлении линий (хотя на отдельных участках и развязках линия может проходить в туннелях и на эстакадах, нет нужды устраивать их на всем протяжении трассы). Однако строительство наземного трамвая обычно сопряжено с переустройством улиц и перекрестков, что повышает цену и приводит к ухудшению дорожной обстановки во время строительства.

2) При достаточно большом пассажиропотоке эксплуатация трамвая обходится дешевле эксплуатации автобуса и троллейбуса.

3) Трамваи, как и другой электрический транспорт, не загрязняют воздух продуктами сгорания (хотя электростанции, вырабатывающие для них ток, могут загрязнять окружающую среду).

4) В отличие от троллейбусов трамваи вполне электробезопасны.

5) Трамваи обеспечивают большую провозную способность, чем автобусы и троллейбусы. Оптимальная загрузка автобусной или троллейбусной линии – не более 3–4 тысяч пассажиров в час, «классического» трамвая – до 7 тысяч пассажиров в час, но в определенных условиях – и больше.

6) Хотя трамвайный вагон стоит намного дороже автобуса и троллейбуса, трамваи отличаются большим сроком службы. Если автобус редко служит дольше десяти лет, то трамвай может эксплуатироваться 30–40 лет.

Недостатки трамвая:

1) Трамвайная линия в сооружении намного дороже троллейбусной и тем более автобусной.

2) Провозная способность трамваев ниже, чем у метро: обычно не более 15 000 пассажиров в час у трамвая, и до 80 000 пассажиров в час в каждом направлении у метро.

3) Трамвайные рельсы представляют опасность для велосипедистов и мотоциклистов, пытающихся пересечь их под острым углом.

4) Неправильно припаркованный автомобиль или дорожно-транспортное происшествие в габарите могут остановить движение на большом участке трамвайной линии. В случае поломки трамвая его, как правило, выталкивает в депо или на резервный путь следующий за ним состав, что, в итоге, приводит к сходу с линии сразу двух единиц подвижного состава. В некоторых городах нет практики как можно более быстрого освобождения трамвайных путей при авариях и поломках, что часто приводит к длительным остановкам движения [3].

5) Трамвайная сеть отличается сравнительно низкой гибкостью. Напротив, автобусную сеть очень легко изменить в случае необходимости (например, в случае ремонта улицы), а при использовании автобусов весьма гибкой становится и троллейбусная сеть.

Трамвайное хозяйство требует хоть и недорогого, но регулярного обслуживания. Неудовлетворительное обслуживание приводит к ухудшению состояния подвижного состава, дискомфорту для пассажиров, снижению скоростей.

Электромобиль– автомобиль, приводимый в движение одним или несколькими электродвигателями с питанием от аккумуляторов или топливных элементов, а не двигателем внутреннего сгорания (ДВС). Электромобиль следует отличать от автомобилей с ДВС и электрической передачей и от троллейбусов. Подвидами электромобиля считаются электрокар (грузовое транспортное средство для движения на закрытых территориях) и электробус (автобус с аккумуляторной тягой).

Преимущества электромобиля:

1) Электромобили отличаются низкой стоимостью эксплуатации. Ford Ranger потребляет 0,25 кВт/ч на один километр пути, Toyota Rav-4 – 0,19 кВт/ч на километр.

2) Аккумуляторные батареи служат около трех лет, или 85000–100000 км пробега.

3) КПД электродвигателя составляет 90%–95%.

Существует экологическая легенда, что электромобили отличаются низким уровнем шума, что может создавать проблемы – пешеходы, переходя дорогу, зачастую ориентируются на звук автомобиля. В некоторых странах даже предлагается искусственно повысить уровень шума электромобилей.

4) Отсутствие вредных выхлопов.

5) Простота конструкции и управления, высокая надежность и долговечность экипажной части (до 20–25 лет) в сравнении с обычным автомобилем.

6) Возможность подзарядки от бытовой электрической сети (от розетки), но такой способ в 5–10 раз дольше, чем от специального высоковольтного подзарядного устройства.

7) Электромобиль – единственный вариант применения на легковом автотранспорте энергии, вырабатываемой АЭС.

8) Массовое применение электромобилей смогло бы помочь в решении проблемы «энергетического пика» за счет подзарядки аккумуляторов в ночное время.

Недостатки электромобиля:

1) Аккумуляторы за полтора века эволюции так и не достигли характеристик, позволяющих электромобилю на равных конкурировать с автомобилем по запасу хода и стоимости, несмотря на значительное усовершенствование конструкции.

2) Имеющиеся высокоэнергоемкие аккумуляторы либо слишком дороги из-за применения драгоценных или дорогостоящих металлов (серебро, литий), либо работают при слишком высоких температурах (рабочая температура натрий-серного аккумулятора >300°С). Кроме того, такие аккумуляторы отличаются высоким саморазрядом. Одним из перспективных направлений стала разработка никель-металгидридных аккумуляторов с оптимальным соотношением энергоемкости и себестоимости, перспективными считаются и аккумуляторы на основе полипропилена, однако.

3) Аккумуляторы хорошо работают при движении электромобиля на постоянных скоростях и при плавных разгонах. При резких стартах они теряют много энергии.

4) Проблемой является производство и утилизация аккумуляторов, которые часто содержат ядовитые компоненты (например, свинец или литий).

5) Около 10% энергии теряется в коробке передач и других элементах трансмиссии.

6) Часть энергии аккумуляторов тратится на охлаждение или обогрев салона автомобиля, а также питание прочих бортовых энергопотребителей.

7) Для массового применения электромобилей требуется создание соответствующей инфраструктуры для подзарядки аккумуляторов (зарядка на «автозарядных» станциях).

Жизнь современного города немыслима без транспорта, потребляющего значительное количество ТЭР, включая высококачественные нефтепродукты. Транспорт более других отраслей экономики чувствителен к перебоям в снабжении энергией. Однако именно в этом секторе экономики имеются широкие возможности для повышения эффективности использования энергии. Следует различать краткосрочные и долгосрочные программы мероприятий по эффективному энергоиспользованию в транспортном секторе. Краткосрочные программы направлены на производство и распространение транспортных средств, потребляющих минимальное количество энергии, требующих меньших расходов на их содержание и эксплуатацию. Краткосрочные программы включают комплекс мер по улучшению организации движения в городе. Долгосрочные программы имеют стратегическую направленность, учитывают перспективы развития города, ожидаемые изменения в структуре источников энергии в будущем и наиболее прогрессивные тенденции в области разработки транспорта. В частности, речь идет о создании транспортных средств, работающих на возобновляемых энергоресурсах, могущих переключаться при эксплуатации с одного вида энергии на другой, о создании современных подземных или надземных видов городского транспорта. Такие тенденции диктуются, с одной стороны, целями энергосбережения, с другой – экологическими требованиями по сохранению чистоты воздушной среды и дефицитом земли в городах. Выделяют три принципа энергосбережения на транспорте: выбор наиболее функционально подходящих видов транспорта; использование облегченных транспортных средств; обеспечение максимального увеличения полезной нагрузки транспортных средств [15].

Распространенным инструментом влияния на конъюнктуру автомобилей служат также налоги на топливо для двигателей. Цены на топливо влияют на решение потребителя о выборе того или иного типа автомобиля и, в свою очередь, стимулируют производителя на выпуск соответствующих машин. Известно, что транспортные средства на дизельном топливе имеют меньший расход топлива, чем транспортные средства на бензине, особенно при работе в городском режиме. Для их большего распространения в Европе было применено дифференцированное налогообложение на бензин и дизельное топливо. Имели значение и более низкие цены на дизельные автомобили. В городах все большее развитие будет получать электрифицированный транспорт как более экологически чистый. Перспективными с точки зрения сбережения нефтепродуктов и экологии являются электромобили, использующие электрическую энергию, которая может быть получена как от аккумуляторов, так и в результате прямого преобразования возобновляемых видов энергии, например, солнечной. Проблемы ценности городской земли и загрязнения воздуха выбросами автомобилей при сжигании органического топлива заставляют думать о развитии подземного транспорта. В качестве меж- и внутригородского вида современного транспорта может рассматриваться вертолетное движение.

Значительный потенциал энергосбережения содержится в организации движения транспорта в городе, в ее оптимизации. Объем потребления энергии на транспорте непосредственно связан с планировкой города, его компактностью, расположением его районов, объектов наибольшего посещения. Поэтому важно оптимально организовать систему магистралей, главных и второстепенных дорог, транспортных развязок, регулирования скоростей с помощью светофоров и дорожных знаков, предусмотреть возможности рациональных проездов, хорошее состояние дорог, качественное техническое обслуживание транспортных средств. Ограничения скорости существуют во всех странах практически для всех типов дорог. Они нужны по условиям безопасности, но, кроме того, позволяют экономить топливо. С учетом максимальной экономии топлива должны организовываться в современных городах системы стоянок транспортных средств, гаражей, маршрутов и остановок городского общественного транспорта, станций технического обслуживания и бензозаправочных станций. Энергоэффективность использования транспортного средства в городских условиях сильно зависит от индивидуального умения и навыков вождения с наименьшим расходом топлива. В некоторых европейских странах при проведении экзамена на получение водительских прав осуществляется проверка качества вождения с позиций эффективного использования топлива. Важно, чтобы каждый водитель регулярно наблюдал и вел учет потребления топлива. Это позволяет ему оценить возможную экономию денежных средств и стимулирует на рациональное пользование транспортным средством.

12 Следующая ⇒

Энергосбережение на транспорте, в строительстве и сельском хозяйст­ве Электрификация транс­порта и повышение экономичности перевозок

Энергосбережение на транспорте, в строительстве и сельском хозяйстве Электрификация транспорта и повышение экономичности перевозок